[发明专利]一种生产沉淀白炭黑和甲酸盐的方法及装置

说明书

本发明提供了一种生产沉淀白炭黑和甲酸盐的方法及装置，目的是解决现有沉淀白炭黑生产上存在的原料成本高、副产物回收效益低、废水排放存在环保隐患等问题。方法包括：CO纯化处理：获取CO纯化气体；羰基化合成：将CO纯化气体与硅酸盐溶液进行羰基化反应，获得沉淀白炭黑和甲酸盐固液混合物；产品分离制备：将获得的沉淀白炭黑和甲酸盐固液混合物进行固液分离，固相经洗涤、干燥处理获得沉淀白炭黑产品，液相经浓缩处理获得甲酸盐产品。该方法采用CO与硅酸盐溶液反应生成沉淀白炭黑和甲酸盐两种产品，实现了产品增值，利用CO实现了固碳减排，省去了硫酸的使用，同时减少了废水排放，达到了降耗增值、节能减排的效果。

技术领域

本发明属于沉淀白炭黑(SiO₂·nH₂O)生产技术领域，具体涉及一种生产沉淀白炭黑和甲酸盐的方法及装置。

背景技术

沉淀法白炭黑(SiO₂·nH₂O)的外观为白色粉末，不溶于水和酸，溶于强碱和氢氟酸，具有多孔性，内表面积大、分散性高、质量轻、化学稳定性好、耐高温、不燃烧、无毒无味及电绝缘性好等优异特性。其作为橡胶工业的补强填料，主要用于鞋类、轮胎和其他浅色橡胶制品。在农药、饲料等行业中可用作载体或流动剂，在牙膏中用作摩擦剂，在涂料行业中用作分散剂、抗沉降剂或消光剂等。

目前，生产上普遍采用硅酸盐(通常为硅酸钠，俗称“泡花碱”)与无机酸(主要为硫酸、少数为盐酸)沉淀反应的方法来制取白炭黑，其反应式：

Na₂O·mSiO₂+H₂SO₄+nH₂O→Na₂SO₄+mSiO₂·nH₂O↓+H₂O

该方法生产沉淀白炭黑，存在成本偏高的问题，每生产1吨沉淀白炭黑约消耗1.3t模数为3.3-3.4的硅酸钠，和0.5t浓度为98％的硫酸；同时，每生产1吨沉淀白炭黑还会副产约30-35m³的含硫酸钠(或氯化钠)废水，而硫酸钠(或氯化钠)的价值低，回收成本高，生产上对含硫酸钠(或氯化钠)的废水多采用简单处理进行排放，因此还存在环保隐患。

发明内容

为克服上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种生产沉淀白炭黑和甲酸盐的方法及装置，解决了现有沉淀白炭黑生产工艺上存在的原料成本高、副产物回收效益低、废水排放存在环保隐患等技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种生产沉淀白炭黑和甲酸盐的方法，包括以下步骤：

步骤S1，CO纯化处理：获取CO纯化气体；

步骤S2，羰基化合成：将所述CO纯化气体与硅酸盐溶液进行羰基化反应，获得沉淀白炭黑和甲酸盐固液混合物；

步骤S3，产品分离制备：将获得的所述沉淀白炭黑和甲酸盐固液混合物进行固液分离，固相经洗涤、干燥处理获得沉淀白炭黑产品，液相经浓缩处理获得甲酸盐产品。

本发明的反应机理如下：

(1)羰基合成甲酸

H₂O+CO→HCOOHΔH＝-24.547kJ/mol

(2)甲酸与硅酸钠反应

2HCOOH+Na₂O·mSiO₂+xH₂O→2NaHCOO+mSiO₂·nH₂O↓(白炭黑)